基于dsp28335直流无刷电机控制装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于DSP28335直流无刷电机控制装置，信号采集模块连接信号调理模块，信号调理模块连接AD转换模块，AD转换模块连接电平转换模块，电平转换模块连接以DSP28335为核心的数据处理单元，以DSP28335为核心的数据处理单元分别连接通讯模块、隔离驱动模块、电机位置信号捕获模块和电机正反转模块，隔离驱动模块连接升压模块，升压模块连接IGBT模块，电源模块为上述各模块供电。本发明有效实现了电机的正反转控制。
【专利说明】基于DSP28335直流无刷电机控制装置
【技术领域】
[0001]本发明属于直流无刷电机控制【技术领域】，更具体地说是一种直流无刷电机控制装置。
【背景技术】
[0002]无刷直流电机以其高效率、小体积和易控制、显著的长寿命和可靠性等特点在调速领域显现优势，在要求高控制精度和高可靠性的场合如舰船推进、数控机床、机车牵引、电动汽车和家用电器等许多领域获得极为广泛的应用，成为各国学者的研究热点。而在许多场合需要电机完成正反转的动作，本发明装置就是为实现电机在短时间内正反转而设计的。利用DSP28335为数据核心处理单元，运用数字控制技术实现对直流无刷电机的控制。
【发明内容】
[0003]发明目的
本发明的目的在于为直流无刷电机提供一种控制装置，实现对直流无刷电机速度的控制，缩短电机的启动时间。
[0004]技术方案
本发明是通过以下技术方案来实现的:
一种基于DSP28335直流无刷电机控制装置，其特征在于:包括电源模块、信号采集模块、信号调理模块、AD转换模块、以DSP28335为核心的数据处理单元、通讯模块、电机位置信号捕获模块、电机正反转指令捕获模块、隔离驱动电路、升压模块以及IGBT模块；信号采集模块连接信号调理模块，信号调理模块连接AD转换模块，AD转换模块连接以DSP28335为核心的数据处理单元，以DSP28335为核心的数据处理单元分别连接通讯模块、隔离驱动模块、电机位置信号捕获模块和电机正反转指令捕获模块，隔离驱动模块连接升压模块，升压模块连接IGBT模块，电源模块为上述各模块供电。
[0005]电源模块由220V交流电转5V、土 12V、15V电源模块和5V转3.3V模块。
[0006]信号采集模块为电流采集模块。
[0007]信号调理模块是以LM358为核心组成的信号调理电路；AD转换模块是由电平转换电路和ADS8364外围硬件电路组成。
[0008]以DSP28335为核心的数据处理单元由TMS320F28335浮点型数据处理器及其外围硬件电路组成。
[0009]电机位置信号捕获模块是由安装在电机上面的霍尔盘和高速CMOS器件74HC14、CC384及其外围的限流电路组成。
[0010]通讯模块由RS485和RS232通讯模块组成。
[0011]电机正反转指令捕获模块是由外围遥控器件和74HC14、CC384及其外围的限流电路组成。
[0012]隔离驱动电路是由74HC245和光耦器件HCPL-63N组成。[0013]升压模块是由2SC0108T2A0 —17升压块及其外围硬件电路组成；IGBT模块选用的型号是 SKM600GB066D。
[0014]优点及效果
本发明具有如下优点及有益效果:
(I)在AD转换模块采用了外部转换芯片ADS8364，该芯片是6通道16位的模数转换器，其共模抑制在50Hz时为80dB，具有很强的抗干扰能力。16位的采样精度相对于TMS320F28335的12位采样精度有了较大提高，提高了电压电流信号的采样精确度。
[0015](2)在信号处理单元上选着是TI公司推出的TMS320F28335，该信号处理器增加了浮点运算内核，能够执行复杂的浮点运算，节省执行时间和存储空间，便于大量数据采集运算的进行。
[0016](3)该控制装置根据监测到的电压电流信号，实时改变发出的PWM的参数实现对直流无刷电机的控制；同时，该装置增加了利用遥控器和上位机控制直流无刷电机的控制装置，使得该装置既能应用在在线控制电机正反转操作也能运用在电机出场测试。
[0017](4)该控制装置安装简单，便于实现正反转控制；有效实现直流无刷电机正转、反转和正反转操作。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明控制装置系统及和电机连接的基本组成框图；
图2为本发明控制装置的电源原理图(5V转3.3V模块)，注:5V、土 12V、15V电源模块均有外界电源直接提供；
图3为本发明的电流信号采集实物接线图；
图4为本发明控制装置的信号调理电路；
图5为本发明控制装置的ADS8364转换模块的电路原理图；
图6为本发明控制装置的5疒3.3V的电平转换电路；
图7为本发明控制装置的电机位置信号捕获原理图；
图8为本发明控制装置的正反转信号捕获原理图；
图9为本发明控制装置的遥控器示意图；
图10为本发明控制装置的驱动隔离模块原理图；
图11为本发明控制装置的升压模块及外围电路图；
图12为本发明控制装置的IGBT接线图；
图13为本发明控制装置的数据处理单元核心芯片TMS320F28335管脚说明图(F28335引脚图)；
图14为本发明控制装置的RS232通讯模块的电路原理图；
图15为本发明控制装置的RS485通讯模块的电路原理图；
图16为本发明控制装置的柜体正面图；
图17为本发明控制装置的柜体背面图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明做进一步的说明: 本发明是一种基于DSP28335直流无刷电机控制装置，如图1所示，包括电源模块、信号采集模块、信号调理模块、AD转换模块、以DSP28335为核心的数据处理单元、通讯模块、电机位置信号捕获模块、电机正反转指令捕获模块、隔离驱动电路、升压模块以及IGBT模块；信号采集模块连接信号调理模块，信号调理模块连接AD转换模块，AD转换模块连接电平转换模块，电平转换模块连接以DSP28335为核心的数据处理单元，以DSP28335为核心的数据处理单元分别连接通讯模块、隔离驱动模块、电机位置信号捕获模块和电机正反转指令捕获模块，隔离驱动模块连接升压模块，升压模块连接IGBT模块，电源模块为上述各模块供电。
[0020]该装置设置在电机与上位机之间，电机连接该装置的信号采集模块、IGBT模块和电机位置信号捕获模块，该装置通过通讯模块连接上位机。
[0021]电源模块由220V交流电转5V、±12V、15V电源模块和5V转3.3V模块。
[0022]信号采集模块为电流采集模块。电流采集模块选用的是宇波模块CHF — 200B开环霍尔电流传感器。采集到的电流信号接到信号调理电路上。
[0023]信号调理模块是以LM358为核心组成的信号调理电路。确保输入到AD转换模块上的信号在芯片允许范围内。
[0024]AD转换模块是由电平转换电路和ADS8364外围硬件电路组成。
[0025]数据处理单元是由TMS320F28335浮点型数据处理器及其外围硬件电路组成。
[0026]电机位置捕获模块是由安装在电机上面的霍尔盘和高速CMOS器件74HC14、CC384及其外围的限流电路组成。
[0027]通讯模块由RS485和RS232通讯模块组成。
[0028]电机正反转指令捕获模块是有外围遥控器件和74HC14、CC384及其外围的限流电路组成。
[0029]隔离驱动电路是由74HC245和光耦器件HCPL-63N组成。实现对外输出的PWM波幅值是5V。
[0030]升压模块是由2SC0108T2A0 —17升压块及其外围硬件电路组成。实现PWM波幅值由5V到15V的升压，进而驱动IGBT的导通。
[0031]IGBT模块选用的型号是SKM600GB066D。
[0032]该系统还可以设置电容器组，利用电容器组存储的电能驱动电机的运转。
[0033]为使本发明的技术方案及有点更加清晰明了，一下结合附图对该控制装置经行进一步的详细说明。
[0034]电源模块由220V交流电转换成直流电源模块。直流电源模块包括5V、±12V、15V。5V电源是为LM358、ADS8364和光耦器件HCPL-63N等提供工作电压。电压电流传感器的正常工作需要±12V电源电压。2SC0108T2A0 —17升压块的正常工作需要外接提供15V的电压。为维持TMS320F28335的正常工作需要一个稳定的3.3V电压，该电源模块使用AMS1117芯片，利用该芯片可以构成5V — 3.3V的硬件电路，其原理图如图2所示。
[0035]电流信号的采集选用的是CHF — 200B霍尔传感器。该传感器的实际接线图如图3所示。该传感器有4个引脚，第一个引脚接+12V，第二个引脚接一 12V，第三个引脚是信号的输出端，第四个引脚接地。该传感器精度达到99%以上，能满足实际工程的需要。
[0036]在进行AD转换之前，需要对信号进行调理，确保输入到ADS8364的信号是(T5V内，满足该AD芯片采集的信号范围。信号调理电路是以LM358及外围电路组成。其反馈电阻**1的取值可以是。根据实际情况的需求本发明爲选择的是IiTO ο其原理图如图4所示。
[0037]AD转换模块是由ADS8364及其外围硬件电路组成。该芯片的转换有效精度达到16位，频率高达250JUfe ,有效满足采样要求。ADS8364转换模块的电路原理图如图5所示。
[0038]ADS8364输出的信号范围是0?5V，而TMS320F28335处理信号的范围是0?3.3V，故在ADS8364和TMS320F28335之间需接一个5疒3.3V的电平转换电路。该电平转换电路是利用LL245A来实现的，通过控制该芯片的第I和第24管脚实现对该芯片管脚的输入输出方向。其电路原理图如图6所示。
[0039]为了便于对电机进行控制，在电机上安装了霍尔盘用来确定电机旋转的位置。为了实现对电机的控制就要对电机旋转的位置信号和分合闸信号进行捕获。电机位置信号捕获和正反转捕获均采用74HC14和CC384芯片组成。正反转信号捕获时获得的信号是高电平，为了确保装置的正常工作，采用低电平信号触发分合闸，故正反转信号捕获的硬件电路需要一个反向的功能，故正反转捕获电路按照反相器的功能接线。同时鉴于74HC14输出的高电平信号是5V，故需要通过CC384实现5V?3.3V的转换。电机位置信号捕获原理图和正反转信号捕获原理图分别如图7、图8所示。
[0040]为了便于实验，本发明控制装置设置了利用遥控器实现断路器正反转操作。该遥控器有A、B、C、D4个按键。本发明设置A对正转信号，B对应反转信号，C对应正反转信号，D预留急停止信号。当按下对应的按键，接收电路发出的是高电平。该遥控器示意图如图9所示。
[0041]当TMS320F28335捕获到分合闸信号和电机位置信号就会发出对应的PWM波。此时PWM波的幅值是3.3V，根据选择升压模块的要求，需要5V的PWM波，故在驱动隔离模块中要实现3.3V?5V的转换，同时还要实现隔离避免幅值过大信号干扰烧毁DSP，选择74HC245做光耦的驱动和光耦器件HCPL-63N实现3.3V?5V的转换。其原理图如图10所示。
[0042]本发明控制装置选择的IGBT开通需要15V的电压，故需要对PWM信号进一步升压。该控制装置选择的是2SC0108T2A0 —17，其第一个引脚接地，第二和第三个引脚分别接PWM波的输入，第四个引脚接15V电源，第9引脚和17引脚分别接PWM波的输出。其原理图如图11所示。
[0043]该控制装置电机驱动电路选用的是由IGBT构成的三相桥驱动回路。选择的IGBT型号是SKM600GB066D。每个模块组成一个独立的上下桥臂。一个SKM600GB066D由7个引脚。1、2、6分别是下桥臂的集电极、发射极和门极，3、4、5分别是上桥臂的集电极、发射极和门极。4、6为控制脚，接PWM波信号。3、2脚分别接到电容器组的两端，为电机驱动提供电压。5、7脚和4、6弓丨脚电压差开断IGBT。2与7，5与I共点，I脚与2脚，3脚与5脚之间接
0.1uF的吸波电容，防止IGBT被击穿。其实际接线图如图12所示。
[0044]该控制装置以DSP28335为核心的数据处理单元选择的信号处理模块是TI公司推出的TMS320F28335。该型号的DSP在继承了 DSP2812的基础上支持浮点型数据操作，大大提高了数据的处理效率和精度，使其在工业控制领域的应用得到进一步的提高。该控制装置的数据处理单元核心芯片TMS320F28335管脚说明如图13所示。
[0045]该控制装置配套研发了上位机控制页面。为了实现上位机与下位机的通讯，也便于通过上位机观察下位机采集到的数据，该控制装置设置了 RS232和RS485通讯模块。其中RS232通讯是由MAX3232及其外围电路组成，RS485通讯是由SP3485及其外围电路组成。其RS232和RS485通讯模块电路原理图分别如图14、图15所示。
[0046]该控制装置设计了相应的柜体。该柜体的正面图、背面图分别如图16、17所示。本发明提供一种直流无刷控制装置，通过对其现场测试实现正反转的控制。
【权利要求】
1.一种基于DSP28335直流无刷电机控制装置，其特征在于:包括电源模块、信号采集模块、信号调理模块、AD转换模块、以DSP28335为核心的数据处理单元、通讯模块、电机位置信号捕获模块、电机正反转指令捕获模块、隔离驱动电路、升压模块以及IGBT模块；信号采集模块连接信号调理模块，信号调理模块连接AD转换模块，AD转换模块连接以DSP28335为核心的数据处理单元，以DSP28335为核心的数据处理单元分别连接通讯模块、隔离驱动模块、电机位置信号捕获模块和电机正反转指令捕获模块，隔离驱动模块连接升压模块，升压模块连接IGBT模块，电源模块为上述各模块供电。
2.根据权利要求1所述的基于DSP28335直流无刷电机控制装置，其特征在于:电源模块由220V交流电转5V、±12V、15V电源模块和5V转3.3V模块。
3.根据权利要求1所述的基于DSP28335直流无刷电机控制装置，其特征在于:信号采集模块为电流采集模块。
4.根据权利要求1所述的基于DSP28335直流无刷电机控制装置，其特征在于:信号调理模块是以LM358为核心组成的信号调理电路；AD转换模块是由电平转换电路和ADS8364外围硬件电路组成。
5.根据权利要求1所述的基于DSP28335直流无刷电机控制装置，其特征在于:以DSP28335为核心的数据处理单元由TMS320F28335浮点型数据处理器及其外围硬件电路组成。
6.根据权利要求1所述的基于DSP28335直流无刷电机控制装置，其特征在于:电机位置信号捕获模块是由安装在电机上面的霍尔盘和高速CMOS器件74HC14、CC384及其外围的限流电路组成。
7.根据权利要求1所述的基于DSP28335直流无刷电机控制装置，其特征在于:通讯模块由RS485和RS232通讯模块组成。
8.根据权利要求1所述的基于DSP28335直流无刷电机控制装置，其特征在于:电机正反转指令捕获模块是由外围遥控器件和74HC14、CC384及其外围的限流电路组成。
9.根据权利要求1所述的基于DSP28335直流无刷电机控制装置，其特征在于:隔离驱动电路是由74HC245和光耦器件HCPL-63N组成。
10.根据权利要求1所述的基于DSP28335直流无刷电机控制装置，其特征在于:升压模块是由2SC0108T2A0 —17升压块及其外围硬件电路组成；IGBT模块选用的型号是SKM600GB066D。
【文档编号】H02P6/22GK103633905SQ201310578922
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月18日 优先权日:2013年11月18日
【发明者】刘爱民, 王晶晶, 杨艳辉, 吴志恒, 王亮 申请人:沈阳工业大学